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水稻是禾本科单子叶植物的模式生物,并且在世界粮食生产和亚洲居民饮食结构中占有重要地位,水稻基因组分析,基因功能解析,高产优质广适性新品种的培育,一直是植物遗传学领域的研究重点。继水稻矮化育种、三系杂交水稻育种和两系杂交水稻之后,理想株型塑造结合籼粳亚种间杂种优势利用将成为水稻产量新突破的重要途径。籼粳亚种亲缘关系较远,有着极高的产量优势潜力,但同时也存在固有的问题,如杂种F1株高偏高、生育期超亲、结实率较低、谷粒充实度较差等。突破这些限制,实现籼粳亚种间杂种优势的直接利用,不仅可以探索籼粳交杂种优势的科学问题,而且在保障国家粮食安全上有着巨大的应用价值。本研究使用籼稻(Chao2R)、粳稻(RPY)、F1杂种及其衍生的重组自交系(RILs)为材料,探讨亲本遗传距离与杂种优势之间的关系,并选抒株高性状作为重点,利用全基因组关联性分析(GWAS)等生物信息学方法,进行了 QTL定位与基因-环境互作效应分析,主要研究结果如下:1.亲本籼粳指数与F1杂种优势:母本Chao2R籼性指数Fil=1.0(典型籼稻),父本RPY粳籼性指数Fi2=0.15(粳稻),亲本遗传距离GD=0.85;F1株高(PH)、穗粒数(SPP)、单株产量(YPP)中亲优势(MPH)分别为15.2%、107.6%、236.5%,高亲优势(BPH)分别为12.5%、71.3%、80.4%,均达极显著水平,结实率(SRT)高亲优势(BPH)-40.0%,表现为负向超亲优势。2.两年两点株高性状表型数据:株高性状表型调查,包括2016年/2017年两年、海南陵水/湖北鄂州两点,一共四组数据,Chao2R、RPY、F1、RILs表型数据分别为(cm):78.7、85.9、101.1、54.4-139.2,121.6、127.6、143.6、87.0-180.7,92.1、94.0、NA、65.9-157.0,120.0、126.7、NA、86.1-179.3;不同年份间各性状整体分布规律相近,不同地点,各性状基本趋势“鄂州>陵水”,应当是由于在鄂州中晚稻季种植、生育期内积温比海南早稻季高。3.测序数据与遗传图谱参数:母本Chao2R测序深度86×、基因组全长394.43Mb,父本RPY粳测序深度61×、基因组全长383.45Mb,272个RILs重测序深度3.33×、基因组均长437.54Mb;亲本间共检测到SNP标记1542481个,母本标记杂合度9.7%、父本标记杂合度2.5%;Bin图标记4758个,遗传图谱总图距2356.41cM,Bin平均图距0.50cM,12条染色体上Bin平均图距0.33-1.33cM。4.比对出4个已克隆株高相关基因在亲本间差异较大:已报道克隆株高相关基因70余个,主要集中在赤霉素(GA)、油菜素内酯(BR)、独脚金内酯(SL)激素合成与信号转导通路,选其较为重要的GA通路相关基因17个及“理想株型基因”IPA1,在粳稻Nipponbare参考基因组数据库RGAP中下载基因序列,回贴到亲本基因组进行BLAST,发现SD1、GID1、EUI、OsCPS1等基因在双亲间序列差异较大,但是否确为差异基因,还需要更多工作来验证。5.发现3个主效位点qPH-1-1、qPH-3-4、qPH-6-1:4种条件下共定位22个株高QTLs,通过遗传图谱标注发现3个区域至少在两种条件下被重复检测到,分别命名为:qPH-1-1,位于1号染色体长臂远端138.9-142.3cM,标注为LOC1;qPH-3-4,位于3号染色体长臂末端172.8-176.0cM,标注为LOC2;qPH-6-1,位于6号染色体长臂中部143.7-150.4cM,标注为LOC3。均一化LOD值分别为41.41、14.52、9.37,表型解释率(PVE)分别为 36.91%、7.97%、5.40%。6.预测 3 个基因 LOC_Os01g66100、LOC Os03g63970、LOC_Os06g44010:通过与已克隆株高相关基因染色体共定位及目的区段基因注释分析,预测3个主效位点候选基因分别为 LOC_OsO 1 g66100(SD1)、LOC_Os03g63970(GA20ox 1)、LOC_Os06g44010(WRKY家族转录因子);其他位点均只在一种条件下检测到,多数定位区域较大、注释基因繁多,有待进一步精细定位和基因功能分析验证。7.一对强效QTL互作位点:双QTL互作分析,四种条件下共发现5对互作关系,数量较少;检出了一对强互作位点,t8-11,代表4号染色体5cM(Block121939-Block121945)与 7 号染色体 35cM(Block166034-Block166067)附近位置的互作,表型解释率(PVE)达26.7%,加性互作效应非常显著。8.30%-40%的环境效应影响:环境效应分析,单位点一维扫描,发现总计28个显著受环境效应影响位点,包括QTL定位分析中发现的LOC1/2/3,环境影响导致的PVE占30%-40%,说明环境效应即使对主效基因的影响也相当大;Q-Q二维扫描,发现受环境影响互作位点近百个,网络错综复杂、效应高低不一。